硅料清洗杂谈

硅料清洗杂谈
原生硅料清洗工艺要求
1、混酸腐蚀:和硝酸的比例为15,根据硅料表面的粗糙程度设定腐蚀时间约为50s
2、纯水漂洗:漂洗时间约为30 s
3、腐蚀:根据硅块表面的粗糙程度,设定为60s
4、纯水漂洗:设定时间约为300s
5、超声波水洗:设定时间为90s
6、氮气热吹:设定时间为60s
7、真空烘干:30min
注:和硝酸纯度要求为UP级。纯水电阻率为18MΩ。
硅棒上指纹的去除
硅棒上的指纹怎么去除,用酒精、丙酮都已经擦了,也弄不掉,请高手指点!
碱液清洗
指纹是由人体分泌的油脂通过手指留下。由于油脂的化学成分定,采用碱液配超声清洗,然后用纯水加超声清洗两遍就好了。至于碱液配方,可以采用氢氧化钠,氢氧化钾等配液。可以根据情况加缓蚀剂。
碱液+兆声波,可以添加一些表面活性剂。
锅底料用浸泡除去
硅不能和HF单独反映,硅首先和HNO3起反应生成SIO2,SIO2在与HF反应,为甚麽埚底料用HF泡石英呢,就是HF只与SIO2起反应。HNO3在里面起氧化剂,首先与SI起反应的。
回收料:
单晶头尾料:
1. 打磨(尾料上的凸起部分需要打磨掉)
2.碱洗(碱性法柏济 配比:0.12kg+50kg水 , 温度:50,用百洁布擦洗)
3.过酸(HF:H2O2 = 1:1 , 1分钟)
4.酸洗(HF:HNO3 = 1:8,洗2-3分钟)
5.过水(在溢流槽中过1分钟)
6.超声(20min)
7.烘干(2小时)
8.包装
以上工艺时间过长
菜花硅料
菜花多晶不能用混酸洗,用HF加纯水比例为百分子10-20,泡10-20分钟,捞出后用纯水冲净,上超声波超10分钟即可,烘干要比其他料时间长一些,残留的HF易挥发,故就会挥发掉了,请用,我全是这样用的,拉晶合格率为百分之75以上。
回炉硅块、边角料、T料中的杂质处理较难,常用的有三种方式:
1   喷砂、打磨
用机械方式清除可见杂质,但对于钳入较深的碳化硅有时不易处理,且耗损大。若硅表面粘有坩埚杂质的话打磨面也大。
2  酸洗
用硝酸与配对液酸洗的好处是可清洗肉眼难以看到的杂质,特别是各类金属,但浸泡时间掌握不好的话损耗也大。
3  碱洗
KOH洗液浸泡只是针对表面脏污,温度和浓度控制要得当,对钳入式杂质作用不大。
RCA标准清洗法是1965年由Kern和Puotinen 等人在N.J.Princeton的RCA实验室首创的,并由此而得名。RCA是一种典型的、至今仍为最普遍使用的湿式化学清洗法,该清洗法主要包括以下几种清洗液。
(1)SPM:H2SO4 /H2O2 120~150 SPM具有很高的氧化能力,可将金属氧化后溶于清洗液中,并能把有机物氧化生成CO 2和H2O。用SPM清洗硅片可去除硅片表面的重有机沾污和部分金属,但是当有机物沾污特别严重时会使有机物碳化而难以去除。
(2)HF(DHF):HF(DHF) 20~25 DHF可以去除硅片表面的自然氧化膜,因此,附着在自然氧化膜上的金属将被溶解到清洗液中,同时DHF抑制了氧化膜的形成。因此可以很容易地去除硅片表面的Al,Fe,Zn,Ni等金属,DHF也可以去除附着在自然氧化膜上的金属氢氧化物。用DHF清洗时,在自然氧化膜被腐蚀掉时,硅片表面的硅几乎不被腐蚀。
(3)APM (SC-1):NH4OH/H2O2 /H2O 30~80 由于H2O2的作用,硅片表面有一层自然氧化膜(SiO2),呈亲水性,硅片表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于硅片表面的自然氧化层与硅片表面的Si被NH 4OH腐蚀,因此附着在硅片表面的颗粒便落入清洗液中,从而达到去除粒子的目的。在 NH4OH腐蚀硅片表面的同时,H2O 2又在氧化硅片表面形
成新的氧化膜。
(4)HPM (SC-2):HCl/H2O2/H2 O 65~85 用于去除硅片表面的钠、铁、镁等金属沾污。在室温下HPM就能除去Fe和Zn。
清洗的一般思路是首先去除硅片表面的有机沾污,因为有机物会遮盖部分硅片表面,从而使氧化膜和与之相关的沾污难以去除;然后溶解氧化膜,因为氧化层是“沾污陷阱”,也会引入外延缺陷;最后再去除颗粒、金属等沾污,同时使硅片表面钝化。
RCA清洗法
自从20世纪70年代RCA清洗法问世之后,几十年来被世界各国广泛采用。它的基本步骤最初只包括碱性氧化和酸性氧化两步,但目前使用的RCA清洗大多包括四步,即先用含硫酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗,再用含胺的弱碱性过氧化氢进行碱性氧化清洗,接着用稀的溶液进行清洗,最后用含盐酸的酸性过氧化氢进行酸性氧化清洗,在每次清洗中间都要用超纯水(DI水)进行漂洗,最后再用低沸点有机溶剂进行干燥。RCA清洗技术具体工艺大致如下:
第一步,使用的试剂为SPM(是Surfuric/Peroxide Mix的简称),SPM试剂又称为SC-3试剂(是Standard Clean-3的简称)。SC-3试剂是由H2SO4-H2O2-H2O组成(其中H2SO4与H2O2的体积比为1:3),用SC-3试剂在100~130℃温度下对硅片进行清洗是用于去除有机物的典型工艺。
第二步,使用的试剂为APM(是Ammonia/Peroxide Mix和简称),APM试剂又称SC-1试剂(是Standard Clean-1的简称)。SC-1试剂是由NH4OH-H2O2-H2O组成,三者的比例为(1:1:5)~(1:2:7),清洗时的温度为65~80℃;SC-1试剂清洗的主要作用是碱性氧化,去除硅片上的颗粒,并可氧化及去除表面少量的有机物和Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Ca、Cr等金属原子污染;温度控制在80℃以下是为减少因氨和过氧化氢挥发造成的损失。
第三步,通常称为DHF工艺是采用(HF)或稀(DHF)清洗,HF:H2O的体积比为1:(2~10),处理温度在20~25℃。是利用能够溶解二氧化硅的特性,把在上步清洗过程中生成的硅片表面氧化层去除,同时将吸附在氧化层上的微粒及金属去除。还有在去除氧化层的同时在硅晶圆表面形成硅氢键而使硅表面呈疏水性的作用(原液的浓度是49%)。
第四步,使用的是HPM试剂(HPM是Hydrochloric/Peroxide Mix的简称),HPM试剂又称SC-2试剂。SC-2试剂由HCL-H2O2-H2O组成(三种物质的比例由1:1:6到1:2:8),清洗时的温度控制在65~80℃。它的主要作用是酸性氧化,能溶解多种不被氨络合的金属离子,以及不溶解于氨水、但可溶解在盐酸中的Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2和Zn(OH)2等物质,所以对Al3+、Fe3+、Mg2+、Zn2+等离子的去除有较好效果。温度控制在80℃以下是为减少因盐酸和过氧化氢挥发造成的损失。
传统的RCA清洗技术:所用清洗装置大多是多槽浸泡式清洗系统
  清洗工序: SC-1 → DHF → SC-2
  1. SC-1清洗去除颗粒:
 目的:主要是去除颗粒沾污(粒子)也能去除部分金属杂质。
 去除颗粒的原理:
  硅片表面由于H2O2氧化作用生成氧化膜(约6nm呈亲水性),该氧化膜又被NH4OH腐蚀,腐蚀后立即又发生氧化,氧化和腐蚀反复进行,因此附着在硅片表面的颗粒也随腐蚀层而落入清洗液内。
 自然氧化膜约0.6nm厚,其与NH4OH、H2O2浓度及清洗液温度无关。
 SiO2的腐蚀速度,随NH4OH的浓度升高而加快,其与H2O2的浓度无关。
 Si的腐蚀速度,随NH4OH的浓度升高而快,当到达某一浓度后为一定值,H2O2浓度越高这一值越小。
 NH4OH促进腐蚀,H2O2阻碍腐蚀。
 若H2O2的浓度一定,NH4OH浓度越低,颗粒去除率也越低,如果同时降低H2O2浓度,可抑制颗粒的去除率的下降。
 随着清洗洗液温度升高,颗粒去除率也提高,在一定温度下可达最大值。
 颗粒去除率与硅片表面腐蚀量有关,为确保颗粒的去除要有一 定量以上的腐蚀。
 超声波清洗时,由于空洞现象,只能去除 ≥ 0.4 μm 颗粒。兆声清洗时,由于0.8Mhz的加速度作用,能去除 ≥ 0.2 μm 颗粒,即使液温下降到40也能得到与80超声清洗去除颗粒的效果,而且又可避免超声洗晶片产生损伤。
 在清洗液中,硅表面为负电位,有些颗粒也为负电位,由于两者的电的排斥力作用,可防止粒子向晶片表面吸附,但也有部分粒子表面是正电位,由于两者电的吸引力作用,粒子易向晶片表面吸附。
  去除金属杂质的原理:
 由于硅表面的氧化和腐蚀作用,硅片表面的金属杂质,将随腐蚀层而进入清洗液中,并随去离子水的冲洗而被排除。
 由于清洗液中存在氧化膜或清洗时发生氧化反应,生成氧化物的自由能的绝对值大的金属容易附着在氧化膜上如:Al、Fe、Zn等便易附着在自然氧化膜上。而Ni、Cu则不易附着。
 Fe、Zn、Ni、Cu的氢氧化物在高PH值清洗液中是不可溶的,有时会附着在自然氧化膜上。
 实验结果:
a. 据报道如表面Fe浓度分别是1011、1012、1013 原子/cm2三种硅片放在SC-1液中清洗后,三种硅片Fe浓度均变成1010 原子/cm2。若放进被Fe污染的SC-1清洗液中清洗后,结果浓度均变成1013/cm2。
b. 用Fe浓度为1ppb的SC-1液,不断变化温度,清洗后硅片表面的Fe浓度随清洗时间延长而升高。
  对应于某温度洗1000秒后,Fe浓度可上升到恒定值达1012~4×1012 原子/cm2。将表面Fe浓度为1012 原子/cm2硅片,放在浓度为1ppb的SC-1液中清洗,表面Fe浓度随清洗时间延长而下降,对应于某一温度的SC-1液洗1000秒后,可下降到恒定值达4×1010~6×1010 原子/cm2。这一浓度值随清洗温度的升高而升高。
  从上述实验数据表明:硅表面的金属浓度是与SC-1清洗液中的金属浓度相对应。晶片表面的金属的脱附与吸附是同时进行的。
  即在清洗时,硅片表面的金属吸附与脱附速度差随时间的变化到达到一恒定值。
  以上实验结果表明:清洗后硅表面的金属浓度取决于清洗液中的金属浓度。其吸附速度与清洗液中的金属络合离子的形态无关。
c. 用Ni浓度为100ppb的SC-1清洗液,不断变化液温,硅片表面的Ni浓度在短时间内到达一恒定值、即达1012~3×1012原子/cm2。这一数值与上述Fe浓度1ppb的SC-1液清洗后表面Fe浓度相同。

本文发布于:2024-09-20 13:52:21,感谢您对本站的认可!

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